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Plant resin - an underestimated resource for bees : how honeybees (Apis mellifera L.) and stingless bees (Apidae: Meliponini) benefit from a diversity of resin sources

Pflanzenharz - eine unterschätzte Ressource für Bienen : wie Honigbienen ( Apis mellifera L.) und stachellose Bienen (Apidae: Meliponini) von einer Vielfalt an Harzquellen profitieren

  • Social insects like honeybees (Apis mellifera) and stingless bees (Apidae: Meliponini) face a relatively high risk to be attacked by pests and pathogens. To decrease the risk of infection, in addition to an innate immune system, these species have evolved various cooperative defense mechanisms such as hygienic behavior or allo-grooming, which contribute to the overall health of the colonies and are therefore also referred to as social immunity. The collection and use of plant resin is another important strategy of social immunity. Resin is a sticky, often aromatic substance with antimicrobial and deterrent properties secreted by plants for protection of the vegetative tissue. Honeybees and stingless bees take advantage of these properties by using resins for nest construction (often mixtures of resin and wax called “propolis” or “cerumen”) and as defense against pests and pathogens. Plant resins, thus, play a crucial role for the ecology of these species and are an important resource for them. Nevertheless, how bees exploit available resin sources and if resin collection can protect colonies from diseases received comparatively little attention in the past. Therefore the aim of this thesis is to provide new insights into the plant origin and significance as well as the influence of resin resource diversity on bee colony health. Resource use and availability form fundamental prerequisites, having decisive influence on the viability of individuals and maintenance of populations. Information on the resources required by a species is thus important to effectively promote and preserve it. For honeybees (A. mellifera) in temperate regions, precise information about which resin sources they use is largely lacking. By chemical comparing bee-collected resins and tree resins, I traced back the resin sources used by individual bees. Results show that honeybees collect distinct resin types that are related to different tree species (several poplar species: Populus balsamifera, P. xcanadensis; Betula alba; Aesculus hippocastanum; several poplar species). With this study I provided the first evidence, that A. mellifera in temperate regions use a variety of different tree species as resin sources and, moreover, show preferences for specific resin sources. Maintenance of colony health is probably one of the major purposes of resin collection. Nevertheless, studies investigating the benefits of resins at the colony level are rare and there are only few evidences on the effects of raw propolis (unlike commonly used ethanol extracts) on colony health. For this reason, I conducted an experimental field study in which I investigated whether propolis, as it is naturally deposited in the nests, can protect honeybee colonies against some of the most important pathogens (Varroa destructor mite, Deformed Wing Virus). The results of this study showed that propolis in (semi-) natural conditions can increase the disease resistance of honeybee colonies, underscoring the importance of resins for honeybee health. Resin collection by stingless bees is comparatively well studied and it is known that these species commonly forage on a variety of different plant species. To increase knowledge on whether and how bees may profit from a diversity of resin resources, I tested how the protective function of a resin varied among different sources (and their mixtures) and various potential aggressors (predators, parasites and pathogens). The results of this study revealed that resins from different trees vary in their effectivity against different target organisms. Moreover, resin blends were more effective than some of the individual resins, suggesting that bees can benefit from a variety of resin resources. In summary, honeybees in temperate regions, similar to tropical stingless bees, use a variety of different tree species as resin sources. Because resins from different tree species varied in their protective function, this indicates that bees can profit from a variety of different resins/resin sources by improving the defense against diverse pests and pathogens. Conversely, the lack of resin had a negative impact on the disease resistance of colonies. Consequently, availability as well as the variety of suitable resin sources is of great importance for the health of bees. In addition to nectar and pollen, resin, as a further important resource, should therefore find more attention in beekeeping. Resin collection as the natural disease defense of bees should find more respect in beekeeping praxis and should be more strongly included in future consideration on how to promote bee colony health.
  • Soziale Insekten wie Honigbienen (Apis mellifera) und stachellose Bienen (Apidae: Meliponini) haben ein relativ großes Risiko von Schädlingen und Krankheitserregern befallen zu werden. Um das Infektionsrisiko zu verringern haben diese Arten verschiedene kooperative Abwehrmechanismen (z. b. Hygieneverhalten oder gegenseitiges Putzen) entwickelt, die zur allgemeinen Gesundheit der Kolonien beitragen und daher auch als soziale Immunität bezeichnet werden. Das Sammeln und die Verwendung von Pflanzenharz ist eine weitere wichtige Strategie der sozialen Immunität. Harz ist eine klebrige, oft aromatische Substanz mit antimikrobiellen und abwehrenden Eigenschaften, welche von Pflanzen zum Schutz des vegetativen Gewebes abgesondert wird. Honigbienen und stachellose Bienen haben es jedoch geschafft diese Eigenschaften zunutze zu machen, indem sie Harze für den Nestbau (oft als Mischungen aus Harz und Wachs, genannt "Propolis" oder "Cerumen") sowiefür die Abwehr von Schädlingen und Krankheitserregern verwenden. Pflanzenharz ist folglich eine essentielle Ressource für diese Bienen. Wie Bienen verfügbare Harzquellen nutzen und welche möglichen Konsequenzen sich daraus für die Gesundheit der Kolonie ergeben, erhieltin der Vergangenheit jedoch vergleichsweise wenig Aufmerksamkeit. Ziel dieser Arbeit wares daher, neue Erkenntnisse über den pflanzlichen Ursprung (Kapitel II) und die Bedeutung (Kapitel III), sowie den Einfluss der Harzressourcenvielfalt (Kapitel IV) auf die Koloniegesundheit von Honigbienen und stachellosen Bienen zu erlangen. Ressourcennutzung und -verfügbarkeit bilden grundlegende Voraussetzungen die einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensfähigkeit von Individuen und den Erhalt von Populationen haben. Kenntnisse über die von einer Art benötigten Ressourcen können daher wichtig sein, um diese effektiv zu fördern und erhalten zu können. Genaue Informationen darüber, welche Harzquellen von Honigbienen in gemäßigten Regionen verwendet werden, fehlen bisher weitgehend. Daher ist das erste Kapitel dieser Arbeit dem Harzsammelverhaltender Westliche Honigbiene (A. mellifera L.) gewidmet. Mittels chemischer Vergleiche der von Bienen-gesammelten Harzen und von Baumharzen habe ich die Harzressourcennutzung einzelner Bienen zurückverfolgt und konnte nachweisen, dass Honigbienen unterschiedliche Harz-c hemotypen sammeln, die verschiedenen Baumarten zugeordnet werden können. Demnach sammeln Bienen im Untersuchungsgebiet Harze von Bäumen verschiedener Pappelarten (Populus balsamifera, P. xcanadensis), Birken (Betula alba), Rosskastanien (Aesculus hippocastanum) und Nadelbäumen. Mit dieser Studie habe ich den ersten eindeutigen Nachweis erbracht, dass A. mellifera in gemäßigten Regionen eine Vielzahl verschiedener Baumarten als Harzquellen verwendet und darüber hinaus Präferenzen für bestimmte Harzquellen zeigt. Einer der Hauptgründe für das Sammeln von Harz ist sehr wahrscheinlich die Reduktion pathogener Erreger in der Nestumgebung und damit der Erhalt der Kolonie Gesundheit. Dennoch gibt es nur wenige Studien die den Nutzen von Harzen auf Kolonieebene untersuchen, und darüber hinaus auch fast keine Nachweise darüber wie sich Propolis in seiner natürlichen Form ( im Gegensatz zu häufig verwendeten Ethanol-Extrakten) auf die Gesundheit von Kolonien auswirkt. In einer experimentellen Feldstudie habe ich daher den Harzeintrag von Honigbienenvölkern manipuliert um zu untersuchen, ob Propolis - so wie es natürlicherweise in den Nestern abgelagert wird - Schutz vor einigen der wichtigsten Krankheitserreger (die ektoparasitäre Milbe, Varroa destructor und den von ihr übertragenen Deformed Wing Virus, DWV) bietet. Während Propolis keinen Einfluss auf das Überleben und den Befallsgrad von V. destructor hatte, konnte ich zeigen, dass die Virustiter im Vergleich zur Milbenbelastung in Propolis-reichen Kolonien signifikant weniger zunahmen als in Kolonien ohne Propolis. Die Ergebnisse dieser Studie haben gezeigt, dass Propolis unter natürlichen Bedingungen die Krankheitsresistenz von Honigbienenvölkern erhöhen kann, was die Bedeutung von Harzen für die Gesundheit von Honigbienenvölkern unterstreicht. Für stachellose Bienen ist das Sammeln von Harzen vergleichsweise gut untersucht und es ist bekannt, dass diese Arten häufig eine Vielzahl von verschiedenen Pflanzenarten nutzen. Um zu untersuchen ob und inwiefern Bienen von einer Vielfalt von Harzressourcen profitieren können, habe ich getestet wie die Schutzfunktion von Harz zwischen verschiedenen Quellen (und deren Mischungen) und unterschiedlichen potentiellen Schadorganismen (Prädatoren, Parasiten und Pathogenen) variiert. Die Ergebnisse dieser Studie haben gezeigt, dass sich Harz von verschiedenen Bäumen in seiner Wirksamkeit gegen unterschiedlicheZielorganismen unterscheidet. Darüber hinaus waren Harzmischungen wirksamer als einige der einzelnen Harze, was nahelegt, dass Bienen von einer Vielfalt von Harzressourcen profitieren können. Zusammenfassend lässt sich sage, das Honigbienen in gemäßigten Regionen, ähnlich wie tropische stachellose Bienen, eine Vielzahl von verschiedenen Baumarten als Harzquellennutzen. Da Harze verschiedener Baumarten in ihrer Schutzfunktion variierten, weist dies darauf hin, dass Bienen von einer Vielzahl unterschiedlicher Harz- / Harzquellen profitierenkönnen, indem sie die Abwehr gegen verschiedene Schädlinge und Krankheitserreger verbessern. Umgekehrt hatte das Fehlen von Harz einen negativen Einfluss auf die Krankheitsresistenz der Kolonien. Folglich ist die Verfügbarkeit ebenso wie die Vielfalt geeigneter Harzquellen von großer Bedeutung für die Gesundheit von Bienen. Neben Nektar und Pollen sollte Harz, als weitere wichtige Ressource, daher mehr Beachtung in der Bienenhaltung finden. Darüber hinaus sollte die Nutzung von Harz als die natürliche Krankheitsabwehr der Bienen stärker in Überlegungen zur Förderung der Honigbienengesundheit einbezogen werden.

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Metadaten
Author:Nora Ulrike Drescher
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus-145849
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/944
Advisor:Alexandra-Maria Klein (Prof. Dr.)
Referee:Thomas Schmitt (Prof. Dr.), Vicky Temperton (Prof. Dr.)
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2018
Date of Publication (online):2019/10/24
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:2018/11/09
Release Date:2019/10/24
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit / Institut für Ökologie (IE)
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
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